En utilisant une version modifiée du système d'édition du génome CRISPR, Des chercheurs du MIT ont développé une nouvelle façon de dépister les gènes qui protègent contre des maladies spécifiques.

CRISPR est normalement utilisé pour modifier ou supprimer des gènes de cellules vivantes. Cependant, l'équipe du MIT l'a adapté pour activer ou désactiver au hasard des ensembles de gènes distincts dans de grandes populations de cellules, permettant aux chercheurs d'identifier des gènes qui protègent les cellules d'une protéine associée à la maladie de Parkinson.

La nouvelle technologie, décrit dans le journal Cellule moléculaire , offre une nouvelle façon de rechercher des cibles médicamenteuses pour de nombreuses maladies, pas seulement la maladie de Parkinson, dit Timothée Lu, professeur agrégé au MIT en génie électrique et informatique et en génie biologique.

«                                                                                                     mais nous pensons que peut-être les ensembles de gènes qui doivent être modulés pour traiter certaines de ces maladies sont en fait plus larges que cela, " dit Lou, qui est l'auteur principal de l'étude.

Les auteurs principaux de l'article sont le postdoctorant Ying-Chou Chen et l'étudiant diplômé Fahim Farzadfard.

Activer ou désactiver les gènes

Le système d'édition du génome CRISPR se compose d'une enzyme coupant l'ADN appelée Cas9 et de courts brins de guidage d'ARN qui ciblent des séquences spécifiques du génome, dire à Cas9 où faire ses coupes. En utilisant ce processus, les scientifiques peuvent faire des mutations ciblées dans les génomes d'animaux vivants, soit en supprimant des gènes, soit en en insérant de nouveaux.

Dans la nouvelle étude, l'équipe du MIT a désactivé la capacité de coupe de Cas9 et a conçu la protéine de sorte qu'après s'être liée à un site cible, il recrute des facteurs de transcription (des protéines nécessaires à l'activation des gènes).

En délivrant cette version de Cas9 avec le brin d'ARN guide dans des cellules individuelles, les chercheurs peuvent cibler une séquence génétique par cellule. Chaque ARN guide peut frapper un seul gène ou plusieurs gènes, en fonction de la séquence de guidage particulière. Cela permet aux chercheurs de cribler au hasard l'ensemble du génome pour les gènes qui affectent la survie des cellules.

"Ce que nous avons décidé de faire, c'est d'adopter une approche totalement impartiale où, au lieu de cibler des gènes d'intérêt individuels, nous exprimerions des guides aléatoires à l'intérieur de la cellule, " dit Lu. " En utilisant cette approche, Pouvons-nous dépister les ARN guides qui ont des activités protectrices inhabituellement fortes dans un modèle de maladie neurodégénérative."

Les chercheurs ont déployé cette technologie dans des cellules de levure génétiquement modifiées pour surproduire une protéine associée à la maladie de Parkinson, connu sous le nom d'alpha-synucléine. Cette protéine, qui forme des amas dans le cerveau des patients atteints de la maladie de Parkinson, est normalement toxique pour les cellules de levure.

A l'aide de cet écran, l'équipe du MIT a identifié un brin d'ARN guide qui a eu un effet très puissant, maintenir les cellules en vie beaucoup plus efficacement que n'importe lequel des gènes individuels qui ont été précédemment trouvés pour protéger ce type de cellule de levure.

Un dépistage génétique plus poussé a révélé que de nombreux gènes activés par ce brin d'ARN guide sont des protéines chaperons, qui aident d'autres protéines à se replier dans la bonne forme. Les chercheurs émettent l'hypothèse que ces protéines chaperons peuvent aider au bon repliement de l'alpha synucléine, ce qui pourrait l'empêcher de former des grumeaux.

D'autres gènes activés par l'ARN guide codent pour des protéines mitochondriales qui aident les cellules à réguler leur métabolisme énergétique, et les protéines de trafic qui sont impliquées dans l'emballage et le transport d'autres protéines. Les chercheurs étudient maintenant si l'ARN guide active chacun de ces gènes individuellement ou s'il active un ou plusieurs gènes régulateurs qui activent ensuite les autres.

Effets protecteurs

Une fois que les chercheurs ont identifié ces gènes dans la levure, ils ont testé les équivalents humains dans les neurones humains, cultivé dans un plat de laboratoire, qui surproduisent également l'alpha synucléine. Ces gènes humains étaient également protecteurs contre la mort induite par l'alpha-synucléine, suggérant qu'ils pourraient valoir la peine d'être testés comme traitements de thérapie génique pour la maladie de Parkinson, dit Lu.

Wilson Wong, professeur adjoint de génie biomédical à l'Université de Boston, affirme que l'étude met en évidence les diverses applications pour lesquelles CRISPR/Cas9 peut être utilisé.

"Il est également intéressant de voir qu'ils pourraient utiliser la levure comme point de départ d'un criblage génétique et identifier des ARN guides qui protègent de la toxicité de l'alpha-synucléine dans les cellules de mammifères, " dit Wong, qui n'a pas participé à la recherche. "Ce travail pourrait ouvrir la voie à l'utilisation d'ARN guides randomisés et de levures pour interroger la biologie humaine complexe."

Le laboratoire de Lu utilise maintenant cette approche pour dépister les gènes liés à d'autres troubles, et les chercheurs ont déjà identifié certains gènes qui semblent protéger contre certains effets du vieillissement.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.